式中 vs——风力发电机的启动风速,m/s；vc——风力发电机的截止风速,m/s；vi——第i时刻的风速,i=1,2,…,n,且vs≤vi,vi+1≤vc；Pi——风速功率曲线对应风速为vi时风力发电机输出的功率,kW。......
2025-09-29
变速恒频风力发电技术
【摘要】：变速恒频风力发电是20世纪70年代中后期逐渐发展起来的一种新型风力发电技术，其主要优点在于发电机以变速运行。尽管变速系统与恒速系统相比，风电转换装置中的电力电子部分比较复杂和昂贵，但其成本在大型风力发电机组中所占比例并不大，因而大力发展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势。
风力发电系统按照发电机运行方式可分为恒速恒频（Constant Speed Constant Frequency，CSCF）风力发电系统和变速恒频（Variable Speed Constant Frequency，VSCF）风力发电系统两大类。
恒速恒频方式保持发电机的转速不变，从而得到恒频的电能。恒速风力发电机的一个显著的缺点就是风速变化时，风能利用系数不可能一直保持在最佳值，不能最大限度地捕获风能，风能利用率不高。此外，对恒速风力机来说，当风速跃升时风能将通过风力机传递给主轴、齿轮箱和发电机等部件，在这些部件上产生很大的机械应力，如果上述过程频繁出现，会引起这些部件的疲劳损坏，因此设计时不得不加大安全系数，从而导致机组重量加大，制造成本增加。
而当风力发电机采取变速运行时，风速跃升所产生的风能，其中部分被加速旋转的风轮所吸收，并以动能的形式存储于高速运转的风轮中，通过对发电机的转速控制，使风力机运行中保持最佳叶尖速度比，实现最大风能追踪控制，减小柔性风能系统传动链上的疲劳负载，提高了传动链的柔性，从而避免主轴以及传动机构承受过大扭矩和机械应力。当风速下降后，在相关电力电子装置调控下，将高速风轮所存储的动能释放出来并转变为电能送入电网，通过风轮的加速、减速对风能的阶跃性变化起到缓冲作用，使风力发电机组内部能量传输部件应力变化相对平稳，防止破坏性机械应力产生，从而使风力发电机组运行更加平稳和安全。(https://www.chuimin.cn)
变速恒频风力发电是20世纪70年代中后期逐渐发展起来的一种新型风力发电技术，其主要优点在于发电机以变速运行。由于工业控制领域交流电动机的调速技术在很多设备中已经得到了成熟的应用，通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位，从而实现转速的调节，可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速度比，进而实现追求风能最大转换效率；同时又可以采用一定的控制策略灵活调节系统的有功、无功功率，抑制谐波，减少损耗，提高系统效率。将调速系统和变桨距调节技术结合起来，就构成了变速恒频风力发电系统。尽管变速系统与恒速系统相比，风电转换装置中的电力电子部分比较复杂和昂贵，但其成本在大型风力发电机组中所占比例并不大，因而大力发展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势。
变速恒频风力发电机组采用不同类型的发电机，并辅之相关的电力电子变流装置，配合发电机进行功率控制，就构成了形式多样的变速恒频风力发电系统。下面将对其进行简要的叙述。
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